Bauwerke im Ingenieurbau PDF

Bauwerke im Ingenieurbau 01 Planung im Ingenieurbau Grundlagen  2 3 Die Projekte im Ingenieurbau sind sehr vielfältig. Die Planung von Strassen, Stützmauern, Brücken und Hochbauten sind nur ein Teil der Arbeiten in einem...

Bauwerke im Ingenieurbau 01 Planung im Ingenieurbau Grundlagen  2 3 Die Projekte im Ingenieurbau sind sehr vielfältig. Die Planung von Strassen, Stützmauern, Brücken und Hochbauten sind nur ein Teil der Arbeiten in einem Ingenieurbüro. Das Verwaltungsgebäude in Bellinzona wurde aus einer Kombination von Holz- und Stahlbetonbau erstellt. Neben Holz und Beton sind im Bild auch Natursteine und Asphalt aus Bitumen als Baustoffe zu sehen. Rückmeldungen zum Lehrmittel bis Februar 2025 2 Ein- und Ausfahrt Hochleistungsstrasse N8, Interlaken West-Ost 3 Schmutzabawasserleitung 2  Inhalt Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Bauwerke im Ingenieurbau 4 Grundlagen 4 Boden und Baugrund 5 Bauvorbereitung 6 Vermessung Tragwerke 7 Baugruben 8 Vertikale Baugrubenabschlüsse 9 Wasserhaltung 10 Fundationen 11 Mauerwerksbau 12 Stahlbetonbau und Vorspannung 13 Verbundbau 14 Stahlbau 15 Holzbau Infrastruktur 16 Strassenbau 18 Bahnbau 19 Werkleitungen und Grabenbau 20 Siedlungswasserbau 21 Flussbau 5 22 Stützbauwerke 23 Kunstbauten Anhang 24 Impressum und Abbildungsverzeichnis 6 4 Brücke im Freivorbau, Pont de la Roya, Fribourg 5 Parkhausrampen aus Stahlbeton, Sihlcity Zürich 6 Baugrube Europaallee Zürich 3 Grundlagen Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Boden und Baugrund Heft 05 Der Boden, auf dem ein Bauwerk steht, wird als Baugrund Baugrunduntersuchungen bezeichnet. Die Lasten des Bauwerks werden über die Fun- Um die gewachsenen Böden zu schützen und spätere Schäden damente in den Baugrund geleitet. an den Bauwerken zu vermeiden, ist es wichtig, über deren Baugründe können aus Lockergestein wie Kiessand und Beschaffenheit Bescheid zu wissen. Lehm oder aus Felsgestein (Fels) bestehen. Die Tragfähigkeit Böden bestehen aus verschiedenen Schichten mit unter- eines Baugrundes wird zulässige Bodenpressung genannt. schiedlichen Eigenschaften. Besonders der Oberboden (Humus­ Sie zeigt an, wie viel Druck ein Gestein aufnehmen kann, ohne schicht) ist wertvoll, da er reich an Nährstoffen und für das dass es zu schadhaften Verformungen oder Rissen kommt. Pflanzenwachstum entscheidend ist. Eine Vermischung die- ser wertvollen Oberbodenschicht mit den darunterliegen- den Schichten sollte vermieden werden, um die Qualität und Wie­derverwendbarkeit des Bodens zu erhalten. Nicht alle Böden sind als Baugrund geeignet. Mithilfe von Baugrunduntersuchungen kann die Beschaffenheit und die Zusammensetzung von Böden bestimmt werden. Bei einer Baugrunduntersuchung werden der Aufbau des Bodens, die Tragfähigkeit, das Setzungsverhalten und die Wasserverhältnisse (Grundwasservorkommen, Ver­ sicke­ rungs­f ähigkeit) untersucht. 7 8 9 10 7 Schnitt durch den Oberboden, Unterboden und Aushub 8 Bohrkern Bodenprobe 9 Baugrunduntersuchung mittels Baggerschlitz 10 Hanginstabilität – Erdrutsch 4 Grundlagen Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Bauvorbereitung Heft 03 Die Bauvorbereitung umfasst sämtliche Abklärungen und Die Bauvorbereitungen umfassen: Arbeiten, welche vor den eigentlichen Bauarbeiten ausge- Abklärungen zum Grundstück, z.B. vorhandene führt werden müssen. Dies verlangt von den Ausführenden Werkleitungen oder Erschliessung ein grosses Fachwissen über die allgemeinen Regeln der Bau- Aufnahmen des Baugeländes kunst und die wichtigsten Bauvorschriften. Das Ziel ist, das Erarbeitung des Bauprojekts und der Baueingabe Bauvorhaben so gut vorzubereiten, dass der Ablauf unfallfrei, Räumung des Grundstücks effizient und in guter Zusammenarbeit mit allen Beteiligten Planung der Baugrube (siehe Kapitel Baugrube) erfolgt. Nur so kann das Bauwerk termingerecht, in der ver- Zustandsaufnahmen (Bestandsaufnahmen) einbarten Qualität und im definierten Kostenrahmen fertig- Planen und Einrichten der Bauplatzinstallationen gestellt werden. 11 12 13 14 11 Beschränkter Raum für die Baustelleninstallation 12 Bauvermessung mit einem Tachymeter 13 Roden des Waldes für Erweiterung einer Hauptverkehrsstrasse 14 Rückbau eines Bauwerks 5 Grundlagen Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Vermessung Heft 06 Baugesetze geben vor, in welchem Umfang ein neues Bau- Nach Erhalt der Baubewilligung werden die wichtigen Punkte werk gebaut werden kann. Es sind zum Beispiel Grenzab- und Achsen im Gelände oder an Bauwerken markiert, z. B. stände, Baulinien und Bauhöhen einzuhalten. Für einen Neu- Achs- und Schnurgerüstabsteckungen, Angabe von Höhen bau müssen bestehende Infrastrukturen wie Strassen und oder Meterrissen. Für diese Arbeiten werden je nach Genauig­ unterirdische Werkleitungen berücksichtigt werden. Diese keitsanforderung unterschiedliche Vermessungsinstrumente können zu Einschränkungen bei der Umsetzung führen. Für eingesetzt. Solche Vermessungsarbeiten führen Vermes- die Projektierung eines Bauwerks werden Grundlagendaten sungs- und Ingenieurbüros mit speziell ausgebildetem Per- der amtlichen Vermessung und der Werkleitungskataster sonal aus. Sind die wichtigen Punkte und Achsen auf der verwendet. Für die räumliche Planung wird oft zusätzlich Bau­s telle markiert, kann die Bauunternehmung weitere ein digitales Geländemodell (DGM) erstellt. Dieses zeigt die Absteckungsarbeiten selbstständig durchführen. Da immer Form des Terrains vor Baubeginn. Die Informationen der amt- mehr Bauunternehmer eigene Vermessungsinstrumente lichen Vermessung werden verwendet, damit sich Tachymeter, haben, erstellen Vermesser/-innen immer öfter nur noch Nivellement, GNSS, Laserscanner und Drohnen vor Ort orien­ ein lokales Baufixpunktnetz. Dank diesen Fixpunkten kann tieren können. die Bauunternehmung ihre Instrumente zum Vermessen orientieren. In diesem Fall kontrolliert dann der Vermesser zwischendurch die Arbeiten des Bauunternehmens. 15 Kanton Zürich GIS-Browser (https://maps.zh.ch) Amtliche Vermessung in 16 17 18 Amtliche Vermessung in sc Infoabfrage Informationen für ausgewählte bei Koordinate 2696535 / 1251 Weitere Standortinformationen: Fehler auf der Karte? Helfen S Fixpunkte BFSNr 296 Kategorie LFP3 Nummer 22963355 Punktzeichen Bolzen E 2696534.659 N 1251387.662 Höhe ü.M. 531.818 Markieren Grenzpunkte E N Pun 15 Digitales Geländemodell (DGM), die Auflösung ist abhängig von den Messdaten. 16 Vermessung mittels Nevellement 2696535.79 1251389.247 Bo 17 Selbstklebende Zielmarke für die Bauvermessung 18 Im Plan für das Grundbuch werden die Koordinaten der bekannten Punkte (Fixpunkte) angegeben. Liegenschaften BFSNr 6 296 Grundstück Nr. IE6814 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Baugruben Heft 10 Für Bauwerke, die ganz oder teilweise unter der Erdoberflä- Geböschte Baugruben che liegen, muss zu Beginn des Baus eine Baugrube ausge- Ist die Baugrube nicht sehr tief, der Boden standfest und hoben werden. Die Grösse des Bauwerks, die Platzverhält- die Platzverhältnisse sind ausreichend, werden geböschte nisse, die Art des Baugrunds, die Grundwasserverhältnisse Baugruben erstellt. Die Böschungsneigung hängt von der und die Arbeitssicherheit bestimmen die Wahl der Baugru- Standfestigkeit des Bodens ab. In der Bauarbeitenverord- benart. Nicht fachgerechte Ausführungen können zu schwe- nung (BauAV) wird angegeben, wann Fachleute die Sicher- ren Unfällen und grossen Schäden führen. heit der Böschungen nachweisen müssen. Im Baugrubenplan werden unter anderem die Baugruben- kanten, Böschungen, Höhen des Terrains, Umrisse des Bau- werks, die Wasserhaltung und allfällige Deponien dargestellt und vermasst. 19 20 21 19 Geböschte Baugrube unten mit Geröllbeton, oben mit Folie geschützt 20 Geböschte Baugrube mit Fundamentvertiefungen 21 Geböschte Baugrube, teilweise mit Kunststofffolie abgedeckt 7 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Vertikale Baugrubenabschlüsse Heft 11 Ist aus Platz-, Stabilitäts- oder anderen Gründen die Erstel- lung einer geböschten Baugrube nicht möglich, kommen Baugrubenabschlüsse zum Einsatz. Diese temporären Bauwerke sorgen für die Sicherheit der Bauarbeiter und ermöglichen den Bau von Fundationen und Untergeschossen. Für diese vertikalen Baugrubenabschlüsse werden je nach Anforderungen unterschiedliche Typen gewählt: Spundwand Schlitzwand Nagelwand Rühlwand Pfahlwand 22 23 24 25 26 27 22 Spundwand bei vorhandenem Grundwasser 23 Schlitzwandbewehrung 24 Schlitzwand ausheben 25 Nagelwand 26 Rühlwand 27 Bohrpfahlwand 8 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Wasserhaltung Heft 12 Für Bauarbeiten ist es wichtig, dass anfallendes Wasser Geschlossene Wasserhaltung, Grundwasserabsenkung effi­zient abgeleitet wird. Dazu zählt nicht nur Niederschlags- Geschlossene Wasserhaltungen funktionieren mit Filterbrun­ wasser wie Regen und Schnee, sondern auch allfälliges nen, die in lockeres Material gebohrt werden und Grundwas- Grund- oder Hangwasser. Die Auswahl des geeigneten Was­ ser abpumpen, oder mit Vakuumpumpen, die bei feinkörni- serhaltungssystems hängt von der Menge des anfallenden gem Material Wasser absaugen. Diese Systeme senken den Wassers sowie der Bodenart ab. Grundsätzlich wird zwischen Grundwasserspiegel lokal ab. offenen und geschlossenen Wasserhaltungssystemen unter­ schieden. Baustellenentwässerung Vor der Ableitung des Wassers von der Baustelle ist eine Vor- Offene Wasserhaltung reinigung gesetzlich vorgeschrieben. Mittels Absetzbecken Bei der offenen Wasserhaltung wird das Wasser auf der werden Feinstoffe aus dem Wasser entfernt. Zudem muss Baugrubensohle über Sickergräben gesammelt und mittels Wasser, das mit Frischbeton in Kontakt gekommen ist, durch Pumpen abgeleitet. eine Neutralisationsanlage behandelt werden, um den pH- Wert zu neutralisieren. 28 29 30 31 32 28 Sickerleitung 29 Das im Pumpensumpf gesammelte Wasser wird abgepumpt. 30 Baustellenentwässerung mit Absetzbecken und Neutralisation durch CO 2 31 Filterbrunnen, sammeln und abpumpen des Grundwassers 32 Wellpoint, absaugen des Grundwassers 9 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Fundationen Heft 13 Die Fundationen sind ein Teil des Tragwerks. Die Aufgabe der Tiefenfundationen Fundationen ist die gleichmässige Übertragung der Lasten Kann der Baugrund keine grossen Lasten aufnehmen, wer- des Bauwerks auf den Baugrund. den je nach Fall unterschiedliche Arten von Pfählen erstellt. Bei Standpfählen wird die Last über die Pfahlspitze auf eine Flachfundationen tragfähige Bodenschicht übertragen. Bei Reibungspfählen Bei gut tragfähigem Baugrund und kleinen bis mittelgrossen wird die Last über die Reibung zwischen Pfahlmantelfläche Bauwerken können die Bauwerkslasten mit Hilfe von Flach- und Erdreich in den Baugrund übertragen. fundationen auf den Baugrund übertragen werden. Pfähle werden fertig auf die Baustelle geliefert und ein- Dies können Einzelfundamente, Streifenfundamente oder gerammt oder als Ortsbetonpfahl direkt in den Boden beto- Plattenfundamente sein. Bei sehr grossen Lasten müssen niert. diese Plattenfundamente an bestimmten Stellen verstärkt werden. 33 34 35 36 37 33 Einbringen der Bewehrung in das vorher ausgehobene Bohrloch 34 Bewehrung einer Bodenplatte mit Fundamentvertiefung 35 Bewehrter Bohrpfahl vor dem Einbringen des Betons 36 Streifenfundament mit Anschlussbewehrung 37 Einzelfundament 10 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Mauerwerksbau Heft 14 Wände haben nicht nur die Aufgabe, Innenräume vor Witte- rung und Schall zu schützen, Räume zu trennen oder Lasten aus den oberen Geschossen abzutragen, sie haben auch eine ästhetische Funktion. Damit eine Wand all diese Aufgaben gut erfüllen kann, sind zahlreiche Details zu beachten. Bei einschaligen Wänden werden diese Aufgaben durch eine Schale erfüllt. Vielfach haben Wände jedoch zwei Schalen oder mehrere Schichten aus verschiedenen Materialien. So schützt z.B. das Klinkermauerwerk vor Witterung, die Däm- mung gegen Wärmedurchgang und die Backsteinwand tra- gen die Lasten ab. Das Errichten einer Mauerwerkswand ist schneller und günstiger als die Herstellung einer Betonwand. Der Nachteil ist, dass die Mauerwerkswand weniger Lasten aufnehmen kann und anfällig auf Schäden bei Erdbeben ist. 38 39 40 41 38 Zweischalenmauerwerk mit einer tragenden, einer dämmenden und einer schützenden Schale 39 Mauerwerkswand aus Backstein mit Fensteröffnung und Sturz 40 Mauerwerkswand aus Kalksandstein mit Türöffnung und Sturz 41 Einsteinmauerwerk mit wärmedämmenden Grossblocksteinen 11 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Stahlbetonbau und Vorspannung Heft 15 Stahlbeton ist einer der meistverwendeten Baustoffe im Inge- Vorspannung nieurbau. Bauwerke wie Stützmauern, Brücken und Tunnel Balken und Decken, die auf weit auseinanderliegenden Stüt- sowie Bauteile wie Fundamente, Wände, Stützen und Decken zen und Wänden lagern, sind grossen Belastungen ausgesetzt werden häufig aus Stahlbeton hergestellt. und können sich stark durchbiegen. In solchen Fällen werden Durch das Zusammenwirken von Beton und Stahlbeweh- in der Längsachse der Balken oder Decken in speziell dafür rung wird ein sehr grosser Tragwiderstand erreicht. Dabei vorgesehenen Rohren Stahlkabel verlegt. Diese werden nach nimmt der Beton die Druckkräfte und der Stahl die Zugkräfte dem Erhärten des Betons stark vorgespannt und drücken so auf. den Beton zusammen. Zur Herstellung von Stahlbetonbauteilen wird eine form- Diese Vorspannung erzeugt Druckkräfte im Beton. Dadurch genaue Schalung erstellt, die Bewehrung darin verlegt und ist die Tragfähigkeit höher und es treten weniger Risse auf. schliesslich der Frischbeton in die Schalung gegossen. Nach Die Vorspannung wird häufig im Brückenbau angewendet. dem Erhärten des Betons kann das Bauteil die erforderli- chen Lasten aufnehmen. Abdichtung Es werden auch ganze Betonelemente im Voraus herge- Um ein Bauwerk vor Wasserschäden zu schützen, müssen die stellt und dann eingebaut. Aussenflächen, welche der Feuchtigkeit ausgesetzt sind, ab- gedichtet werden. 42 43 44 45 46 42 Einbringen des Pumpbetons bei einer Brücke 43 Vorfabrizierte Stahlbetonstützen und -träger 44 Bewehren eines Brückenpfeilers 45 Vibrieren des eingebrachten Betons 46 Verlegte Bewehrung 12 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Verbundbau Heft 16 Werden Bauteile aus verschiedenen Materialien durch Ver- bindungsmittel zusammengehalten, handelt es sich um Ver- bundtragwerke. Im Hochbau können beispielsweise Stahlprofile mit einer Betondecke verbunden werden. Im Brückenbau werden Stahl- träger mit der Fahrbahnplatte aus Beton so verbunden, dass die Brücke steifer wird. So kann sie grössere Lasten aufneh- men und biegt sich weniger durch. Immer öfter werden Holzträger statt Stahlträger mit Beton- bauteilen verbunden. Kohlefaserverbundwerkstoffe, wie sie z.B. für Fahrradrahmen genutzt werden, eignen sich eben- falls gut im Verbund mit Beton. 47 49 48 47 Mit kohlenstofffaserverstärkten Lamellen verstärkte Betondecke 48 Stahlkonstruktion mit vorfabriziertem Deckenelement, welches im Verbund überbetoniert wird. 49 Stahlträger mit Kopfbolzendübel, die später im Beton einbetoniert werden. 13 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Stahlbau Heft 17 Stahl ist ein Material mit sehr hoher Festigkeit, daher kön- nen sehr schlanke Tragwerke erstellt werden. Es gibt eine Vielzahl von normierten Profilen, die für Stüt- zen, Träger oder Fachwerke verwendet werden können. Diese Profile werden bei der Erstellung von Stahlbauteilen zusammengeschraubt oder verschweisst. Die einzelnen Ele- mente werden im Werk hergestellt und können auf der Bau- stelle nur noch montiert werden, was sehr wirtschaftlich ist. Stahlbauten müssen vor Feuer und Korrosion geschützt werden. 50 51 52 53 54 50 Kraftdurchleitung mit Stahlpilz auf einer Betonstütze 51 Errichten einer Stahlbauhalle 52 Stahlbauknoten mit geschraubten und geschweissten Verbindungen 53 Horizontal gespriesste Baugrube 54 Brückenträger aus Stahlprofilen 14 Tragwerke Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Holzbau Heft 18 Holz war eines der ersten Baumaterialien für Häuser und Im Bereich des Fertigelementbaus werden komplette Bau- Brücken. In den letzten Jahrzehnten wurde Holz als Bau- teile wie Decken oder Wände im Werk vorgefertigt und müs- material wieder vermehrt verwendet, da es sich um ein öko- sen auf der Baustelle nur noch miteinander verbunden wer- logisches Material handelt. den. Dies führt zu einer erheblichen Zeitersparnis bei der Montage. Früher kamen oft massive Balken und Kanthölzer für Zim- mermannsbauten zum Einsatz. Heute werden stattdessen moderne Holzwerkstoffe verwendet, die höhere Lasten tra- gen können. Durch das Verleimen von Brettern lassen sich längere und schlankere Balken sowie grosse Platten in unter- schiedlichsten Formen herstellen. Moderne Verbindungs- techniken machen die Montage der Holzbauteile flexibler und einfacher. 55 56 57 58 55 Holzdach aus geformten Brettschichtholzträgern 56 Kuppel mit Tragkonstruktion aus Brettschichtholzträgern 57 Binder aus Brettschichtholzträgern mit Sicherheitsnetz 58 Elementbau 15 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Strassenbau Heft 20 Strassen gehören zu den Infrastrukturbauten. Sie sind wichtig Linienführung für die Mobilität von Menschen und den Transport von Gütern. Damit ein sicheres Fahren möglich ist, dürfen z.B. Kurven nicht zu eng und gerade Strecken nicht zu lang sein. Auf Strassentypen Strassen in hügeligem Gelände müssen Kuppen und Wan- Verkehrsorientierte Strassen erlauben eine schnelle und nen so ausgeführt sein, dass die erforderliche Sichtweite vor- sichere Fortbewegung. Siedlungsorientierte Strassen bieten handen ist bzw. Objekte hinter der Kuppe frühzeitig erkenn- Raum für alle Verkehrsteilnehmer. Sie dienen nicht nur dem bar sind. Befahren, Anhalten und Güterumschlag, sondern sind auch Die Strassenoberfläche hat ein Längs- und Quergefälle, Begegnungsraum. damit sich auf der Fahrbahnoberfläche kein Wasser ansam- melt, sondern zur Seite abfliesst. 59 60 61 59 Strassen mit Flächen für die verschiedenen Verkehrsteilnehmenden 60 Betonkreisel 61 Kreisel im Bau, mit Umleitung 16 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Strassenaufbau Der Oberbau einer Strasse setzt sich in der Regel aus einer Der Strassenkörper ist schichtweise aufgebaut. Unter- und Fundationsschicht (stark verdichtete Gesteinskörnung) und Oberbau werden so erstellt, dass die Lasten der Fahrzeuge einem darüberliegenden, mehrschichtigen Fahrbahnbelag in den Baugrund abgetragen werden, ohne dass sich der (Asphalt oder Beton) zusammen. Die Dimensionen der einzel- Belag verformt oder Setzungen auftreten. nen Schichten richten sich nach der Verkehrsbelastung. Das Wasser auf der Belagsoberfläche wird gefasst und Der Unterbau einer Strasse kann aus natürlich gewach- abgeführt, damit es nicht in darunterliegende Schichten ver- senem Baugrund oder aus einem künstlich aufgeschütteten sickern kann. Dies könnte zu Setzungen und Frostschäden Damm bestehen. führen. 62 63 64 65 62 Einbau der Deckschicht 63 Randaschluss mit Bundstein und Wasserstein 64 Fahrbahn aus Beton 65 Einbau der Tragschicht 17 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Bahnbau Heft 21 Im Vergleich zum Individualverkehr auf der Strasse kann die Aufbau Gleiskörper Bahn viel mehr Menschen und Güter auf einmal transportie- Gleisunterbauten haben die gleiche Funktion und sind ähnlich ren. Dafür ist eine sichere Infrastruktur notwendig. aufgebaut wie im Strassenbau. Der Gleisoberbau unterschei­ det sich jedoch deutlich. Er besteht aus dem Schotterbett, den Linienführung Schwellen und den Schienen. Es gelten im Bahnbau ähnliche Grundsätze wie im Strassen- bau. Im Gegensatz zum Strassenbau sind die Kurvenradien Bahnhöfe viel grösser, die Steigungen kleiner und die Bremswege län- An Bahnhöfe werden viele Anforderungen gestellt. Einerseits ger. Das führt dazu, dass vermehrt Brücken, Stützmauern müssen grosse Lasten von stehenden Zügen in den Baugrund und Tunnels notwendig sind, um das Trassee dem Gelände abgeleitet werden, was dicke Stützen, Mauern und Decken anzupassen. Zusätzlich werden im Bahnbau noch Schienen, erfordert. Andererseits ist es wichtig, dass Passagiere in Fahrleitungen und weitere technische Anlagen benötigt. grosser Zahl schnell von einem Ort zum nächsten kommen, was grosse Verkehrsflächen notwendig macht. Knoten und Weichen Wenn auf wenig befahrenen Streckenabschnitten oder in Bahnhofsnähe Züge von einer Linie auf die andere wechseln müssen, geschieht dies über Weichen. Kreuzen sich zwei stark oder sehr schnell befahrene Linien, kommen aus Sicherheits- und Kapazitätsgründen Brücken und Tunnels zum Einsatz. 66 67 68 69 66 Verkehrsknotenpunkt Hauptbahnhof 67 Schienen in Geleisbett mit offener Bohrpfahlwand im Hintergrund 68 Winkelplatten aus Beton für die Erstellung eines Bahnperrons 69 Gleisbett auf Betonbrücke 18 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Werkleitungen und Grabenbau  Heft 22 + 23 Werkleitungen Grabenbau Um eine zuverlässige Versorgung der Bevölkerung mit Was- Je nach Baugrund, Platzverhältnissen und örtlichen Gegeben- ser, elektrischem Strom, Gas, Daten und Wärme sicherzu- heiten wird für das Verlegen der Leitungen eine offene oder stellen, werden Werkleitungen benötigt. Die Kanalisation ent- geschlossene Bauweise gewählt. sorgt das Schmutz- und Regenwasser. Die meisten dieser Bei der offenen Bauweise wird mit dem Bagger ein Graben Leitungen liegen im Boden. ausgehoben. Tiefe, Bodenmaterial und Platzverhältnisse be­ Die Ver- und Entsorgungsleitungen werden zur techni- stimmen, wie die Grabenwände ausgeführt und gesichert wer- schen Infrastruktur gezählt. den, z. B. als geneigte Böschung oder als vertikale Spriess- wände. Grabenlose Verfahren kommen häufig bei Unterquerungen von Strassen, Eisenbahnlinien, Gewässern oder bei schwie- rigem Gelände und Hausanschlüssen zum Einsatz. An Anfang und Ende eines Leitungsabschnitts werden Baugruben aus- gehoben, die dazwischen verlaufende Leitung wird ähnlich wie im Tunnelbau unterirdisch vorgetrieben. 70 71 72 73 74 75 70 Gespriesster Graben mit Abwasserrohren 71 Gespriesster Graben 72 Grabenloses Verfahren, Startschacht Microtunneling 73 Mit Kanaldielen verspriesster Graben und Fernwärmeleitungen 74 Geböschter Graben mit seitlich gelagertem Aushub 75 Starkstromleitung mit Warnband 19 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Siedlungswasserbau Heft 24 Die Wasserver- und -entsorgung sind die wichtigsten Infra- Kanalisation strukturen der modernen Zivilisation. Ohne sauberes Was- Über die Kanalisation wird das Abwasser, abhängig von der ser und ohne eine umweltgerechte Entsorgung des ver- Abwasserart, entweder zur ARA oder in ein Fliessgewässer schmutzen Wassers würden Krankheiten um sich greifen. geleitet. Im Mischsystem führen die Kanalisationsleitungen Verschmutztes Abwasser wird in Kanälen zur Abwasserrei- Schmutz- und Regenwasser gemischt ab. Heute wird gefor- nigungsanlage (ARA) abgeleitet, wo es gereinigt und in den dert, dass Schmutz- und Regenwasser in getrennten Leitun- Wasserkreislauf zurückgespiesen wird. gen abgeführt wird. Wasserversorgung Anlageteile Das Leitungsnetz der Wasserversorgung liefert sauberes Rohre, Einstiegsschächte, Vereinigungsschächte, Absturz- Trinkwasser in alle Haushalte und überall dorthin, wo solches bauwerke, Regenbecken und Auslaufbauwerke sind einige gebraucht wird. Beispiele von Bauwerken, die für ein gut funktionierendes Das Wasser wird aus Quellen und Grundwasser gewon- Abwassersystem wichtig sind. nen oder aus Seewasser aufbereitet, in Reservoiren gespei- chert und über ein Leitungsnetz verteilt. Abwasserreinigungsanlage (ARA) In der Abwasserreinigungsanlage (Kläranlage) wird Misch- Siedlungsentwässerung und Schmutzwasser so weit gereinigt, dass es ohne Risiko Die Siedlungsentwässerung wird in die Liegenschaftsent­ für die Umwelt wieder dem natürlichen Wasserkreislauf zu- wäs­s erung und die öffentliche Kanalisation unterteilt. Es geführt werden kann. Es ist wichtig, dass sich die Technik der gibt unterschiedliche Abwasserarten, die abgeleitet werden Abwasserreinigung immer weiterentwickelt, um möglichst müssen: viele Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernen zu können. Schmutzwasser (aus Haushalten, Gewerbe, Industrie) Damit kann die Belastung der Umwelt reduziert werden. Regenwasser (verschmutztes und nicht verschmutztes Regenwasser) Regenabwasser Reinwasser (Brunnenwasser, Sickerwasser, Grund- und Durch die dichte Überbauung in Dörfern und Städten sind Quellwasser und Kühlwasser aus Durchlaufsystemen) viele Flächen versiegelt und damit wasserundurchlässig. Regenwasser kann nicht in den Boden versickern. Stattdes- Liegenschafts- und Grundstückentwässerung sen fliesst es über Strassen und Plätze in die Kanalisation, Die Liegenschaftsentwässerung beginnt beim Ablauf im was zu einer Überlastung der Kanalisation führen kann. Badezimmer oder in der Küche und endet beim letzten Das Hauptziel ist, Regenwasser möglichst von der Kanali- Schacht auf dem Grundstück. Sie setzt sich aus der Gebäude- sation fernzuhalten. Idealerweise versickert das Regenwas- und Grundstücksentwässerung zusammen. ser vor Ort durch den natürlichen Boden oder über Versicke- rungsanlagen. In Gebieten, wo der Boden keine Versickerung zulässt, wird sauberes Regenwasser in ein Fliessgewässer geleitet. Nur wenn die beiden bewilligungspflichtigen Varian­ ten nicht möglich sind, darf Regenwasser in die Kanalisation abgeleitet werden. 76 77 78 79 76 Liegenschaftsentwässerung, Grundleitung unter der Bodenplatte 77 Abwasserreinigungsanlage mit Belüftungs- und Nachklärbecken 78 Überlaufrinne, um bei grossem Wasserandrang Überschwemmungen zu verhindern 79 Entwässerungsrohre für Meteorwasser 20 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Flussbau Heft 25 Wasser ist die Lebensgrundlage für Mensch und Natur. Schon 82 früh hat der Mensch Kanäle für die Bewässerung der Felder und für den Warentransport mit Schiffen gebaut. Heute stehen im Wasserbau die Renaturierung, der Hochwasserschutz, die Energiegewinnung und die Erholung im Mittelpunkt. Renaturierung Mit der Industrialisierung wuchs rasch das Bedürfnis nach mehr Raum. Natürliche Flussläufe wurden mittels Kanälen und Dämmen begradigt und in Kanäle eingezwängt. Die Pro- bleme, die daraus entstanden, begann man erst vor einigen Jahrzehnten zu verstehen. Mit den heutigen Renaturierungs- projekten werden die Gewässer wieder in möglichst natur- nahen Zustand zurückversetzt und so natürlicher Lebens- raum für Pflanzen und Tiere geschaffen. Gleichzeitig kann so auch die Gefahr von Hochwasser verringert werden. Hochwasserschutz und Flussverbauungen Wichtige Ursachen für Hochwasser sind grosse Wassermen- gen infolge Wetterextreme, kanalisierte Flüsse und fehlende 83 Versickerungsflächen durch die Bodenversiegelung in besie­ delten Gebieten. Mit Hilfe von Dämmen, Rückhaltebecken und Renaturierungen können die Schäden durch Hochwasser reduziert werden. Energiegewinnung In der Schweiz wird ein Grossteil der elektrischen Energie mithilfe von Wasserkraft erzeugt, z. B. durch Fluss- oder Speicherkraftwerke. Die durch Staumauern entstandenen Stauseen helfen nicht nur bei der Regulierung des Wasserabflusses, sondern die- nen der Energieversorgung und als Wasser- bzw. Energie- speicher. Durch den Rückhalt von Wasser und Geschiebe haben sie jedoch einen grossen Einfluss auf die Natur und Landschaft. 80 84 81 80 Geschiebesammler 81 Wasserkraftwerk 82 Renaturierung eines Flusslaufes 83 Flussbau im Siedlungsgebiet 84 Staumauer 21 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Stützbauwerke Heft 26 Beim Erstellen von Bauwerken im steilen Gelände sind oft Stützbauwerke notwendig. Die Aufgabe der Stützbauwerke ist, das Erdmaterial zurückzuhalten und abzustützen. Sie wer- den dann gebaut, wenn eine Böschung steiler erstellt wer- den müsste als es die Standfestigkeit des Bodenmaterials zulässt. Stützbauwerke können z.B. aus Beton, mit Steinen gefüll- ten Draht- oder Holzkörben oder Natursteinblöcken erstellt werden. 85 86 87 88 85 Winkelstützmauer mit Anschlussbewehrung 86 A9 bei Lanciau (VD), Verstärkung einer bergseitigen Nagelwand mittels vorgespannter Ankerwände 87 Vorgemauerte Nagelwand 88 Stützmauer aus Stahlbeton mit Ankern 22 Infrastruktur Heft 01 | Bauwerke im Ingenieurbau Kunstbauten Heft 27 Brücken und Tunnel gehören zu den eindrücklichsten Bau- Brücken werken im Ingenieurbau. Brücken dienen unter anderem dem Überwinden von Tälern In der Schweiz sind Täler und Berge häufige Hindernisse, und Flüssen. Sie werden aus unterschiedlichsten Materialien um auf dem schnellsten Weg von A nach B zu kommen. Mit und in verschiedensten Formen erstellt. Hilfe von Brücken und Tunneln werden beim Planen von Stras­ sen und Eisenbahnen viele Umwege vermieden und so Zeit Tunnel gespart. Mit Hilfe von Tunneln können Berge horizontal oder mit klei- nem Gefälle durchquert werden. Tunnel dienen auch der Un- terquerung von Hindernissen wie Flüssen, Eisenbahnlinien, anderen Strassen oder Siedlungsgebieten. 89 90 91 92 93 89 Salginatobelbrücke 90 Stein- und Stahlbetonbrücke 91 Arbeiten im 15 m tiefen Schacht eines Brückenpfeilers 92 Tunnelbau in Tagbauweise, letzte Etappe mit Bewehrung, zweite Etappe mit Dämmmatten und dritte Etappe mit Bitumenabdichtungsbahnen 93 Erstellen der Bohrlöcher für Sprengladungen 23 Impressum Abbildungsverzeichnis Patronatspartner Planung für den Ingenieurbau Gionata Epis: Abb.1 (Titelbild) Heft 01: Bauwerke im Ingenieurbau Mätzener & Wyss Bauingenieure AG: Abb. 2, 7, 1. Ausgabe, August 2024, Auflage 2000 14, 16, 25, 42, 44–46, 49, 51, 52, 54, 58–61, 63, gibb Berufsfachschule Bern © LM-A LernMedien-Architektur GmbH 64, 68–70, 78, 80, 83, 87, 91 Höhere Fachschulen Bauplanung, Andrea Osterwalder: Abb. 3, 10, 13, 17, 19, 20, Metall- und Fassadenbau & Autorin 26, 33, 35, 53, 57, 65, 66, 75, 76, 79, 88 Gebäudetechnik Andrea Osterwalder, Bauingenieurin MSc ETH Damien Wälti: Abb. 4, 21, 23, 93 gibb.ch Redaktion und Koordination Stefan Wissmann: Abb. 5, 6, 22, 27, 30, 43, 56, Andrea Osterwalder, Bauingenieurin MSc ETH 67, 73, 74, 77, 81, 82, 84, 90 Reto Grepper, Bauingenieur BSc FH Séverine Oppeliguer: Abb. 8 Vincent Nidegger, Ingénieur civil MSc, dipl. EPF Marco Jaeggi: Abb. 9 Giacomo Morandini, Dipl. Bauingenieur FH Stefan Appius: Abb. 11, 29, 31, 48 Walter Garcia, Dipl. ing. SUPSI Geoinfra Ingenieure AG (Geoterra Gruppe): Fachlektorat Abb. 12 Sponsoren Matthias Busslinger, Kevin Uebelhart, Amberg Engineering: Abb. 15 Thomas Hofmann, Andrea Bachmann GIS-ZH, Kanton Zürich: Abb. 18 (Geoinfra Ingenieure AG) Daniel Spring: Abb. 24, 72, 92 Ueli Rhyner (HTB Ingenieure AG) Enrico Grob: Abb. 28, 71 Stefan Wissmann, Dipl. Bauingenieur FH Christa Obrist: Abb. 32 Daniela Patzen,Bauingenieurin BSc FH Walter Garcia: Abb. 34, 37 Ammann Schweiz AG Gaëtan Dussex, ing. civil dipl. HES Reto Suppiger: Abb. 36 4900 Langenthal Michele Franco, ing. civil dipl. HES LM-A LernMedien-Architektur GmbH: Abb. 39–41 ammann.com Sprachliches Lektorat Sika Schweiz AG: Abb. 47 Anja Kükenbrink, Germanistin lic. phil. Ancotech AG: Abb. 50 Martin Willi, Agro. Ing. HTL Borlini & Zanini SA: Abb. 55 Gestaltung, Layout Ammann Schweiz AG: Abb. 62 sch sch, Natascha Schwank und Lotti Ehrismann: Abb. 85 Hanspeter Schneider, Elsau Internet: Abb. 86 Ancotech AG Druck und Ausrüstung Urs Meier: Abb. 89 8157 Dielsdorf Truninger-Plot24 AG, Zürich ancotech.ch Versand Es war nicht in allen Fällen möglich, die Stiftung Züriwerk, Zürich Rechteinhaber der Abbildungen zu eruieren. Berechtigte Ansprüche werden im Rahmen An der Entwicklung dieses Lehrmittels waren üblicher Vereinbarungen abgegolten. Lehrpersonen für Zeichner/in EFZ Ingenieur- bau folgender Berufsfachschulen beteiligt: Hinweis Schweizerische Bauschule Aarau AG – Allgemeine Gewerbeschule Basel Die in diesem Heft abgedruckten Bilder ent- 5035 Unterentfelden – Baugewerbliche Berufsschule Zürich sprechen nicht immer der Verordnung über bauschule.ch – B erufsbildungszentrum Bau und Gewerbe, die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Luzern Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer bei – Berufsbildungszentrum Goldau Bauarbeiten, vom 18. Juni 2021. – Berufsbildungszentrum IDM, Thun – Berufsbildungszentrum Olten Berner Fachhochschule – Berufsfachschule Oberwallis Haftungsausschluss Architektur, Holz und Bau – Berufsschule Aarau bfh.ch/ahb – Bildungszentrum für Bau und Mode Dieses Lehrmittel ist für die Ausbildung von Kreuzlingen Baufachleuten entwickelt worden. Es vermag – C entre de Formation Professionnelle Studium und Beizug der einschlägigen Construction, Genève Normen sowie die Weisungen und Richtlinien – C entre de formation professionnelle der Verbände im konkreten Anwendungsfall neuchâtelois nicht zu ersetzen und erhebt keinen Anspruch – C entre d'enseignement professionnel auf Vollständigkeit. Die in diesem Lehrmittel Emch+Berger Gruppe de Morges, Vaud zusammengestellten Informationen, die abge­ emchberger.ch – C entre jurassien d'enseignement et de bildeten Pläne und Fotos entsprechen dem formation; Division artisanale, Delémont aktuellen Stand der Bautechnik zum Zeitpunkt – École professionnelle artisanale et indus­ der Drucklegung. Alle Rechte vorbehalten. trielle, Fribourg – École professionnelle commerciale et Massgebend für die Planung und Ausführung artisanale de Sion von Bauten sind die zum betreffenden Zeit­ Gruner AG – Gewerbliche Berufsschule Chur punkt rechtlich verbindlichen Normen des 4020 Basel – G ewerbliches Berufs- und Weiterbildungs- Schweizerischen Ingenieur- und Architekten­ gruner.ch zentrum St. Gallen vereins (sia), des Schweizerischen Verband – G ewerblich-industrielles Bildungszentrum der Strassen- und Verkehrsfachleute (VSS), Zug des Verband Schweizer Abwasser- und – gibb Berufsfachschule Bern Gewässerschutzfachleute (VSA) sowie die – Scuola d’arti e mestieri Trevano Weisungen und Richtlinien der entsprechen- – S cuola professionale artigianale e indus­ den Fachverbände bzw. der Produkthersteller triale Trevano und -verarbeiter. Wälli AG Ingenieure Die LM-A LernMedien-Architektur GmbH lehnt waelli.ch Herausgeber jegliche Haftung, auch für Folgeschäden, LM-A LernMedien-Architektur GmbH aus der Verwendung dieses Lehrbuches ab. www.LM-A.ch Die LM-A LernMedien-Architektur GmbH Dank ist eine unabhängige Gesellschaft, die in Zusam­m enarbeit mit den Berufsfachschulen Wir danken allen Personen, Institutionen und Lehrmittel für die Ausbildung von Baufach­ Firmen, die uns inhaltlich, materiell und leuten herstellt. finanziell bei der Entwicklung und Realisierung dieses Lehrmittels unterstützt haben.